丁少華

(中國鋁業(yè)股份有限公司連城分公司，甘肅 永登 730335)

0 引 言

自從有大型預焙電解槽開始，鋁電解行業(yè)技術(shù)人員就在攻關(guān)更換陽極時怎樣才能精準畫線定位，隨著槽型的逐漸增大，但陽極精準劃線定位一直未有改變，目前比較流行的有2類：①用斗尺定位畫線；②用激光定位畫線。都需要人工操作，天車操作配合，而陽極測高智能換極系統(tǒng)SFCGHJ-11則只需天車工按規(guī)程操作，極大地減少了工人的勞動強度，并且對電解槽的穩(wěn)定運行發(fā)揮作用。

1 陽極測高智能換極系統(tǒng)SFCGHJ-1操作原理

1.1 系統(tǒng)總體功能

在陽極側(cè)測高換極作業(yè)流程中，系統(tǒng)應用在電解鋁車間多功能天車的配合下，測量及定位機構(gòu)測量并記錄陽極的實際位置，自動計算新極裝入位置值，同時系統(tǒng)控制陽極妞拔夾具自動下降到該位置，核心控制單元由控制軟發(fā)出相應的操作指令并顯示陽極實時位置。

1.2 使用環(huán)境

①環(huán)境溫度：-15℃～65℃；②電磁場：最大磁場(垂直方向)1 000 GS；③環(huán)境最大電流強度：600 kA；④工作電壓：220V±10 %；⑤相對濕度：≤90 %(無結(jié)露)。

1.3 技術(shù)指標

①使于陽極數(shù)量：單極/雙極；②測高傳感方式：無接觸激光束反射開關(guān)；③陽極側(cè)高精度：±3 mm；最大測量行程：2 900 mm；④編碼器分辨率：500 /圈；⑤數(shù)據(jù)傳輸方式：有線/無線。

1.4 系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)由CPU、無接觸激光束反射傳感器、觸摸屏、DP模塊、電動滑臺、伺服控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、編碼器、中文大屏幕顯示、遙控器。陽極測高換極作業(yè)自動化系統(tǒng)原理圖如圖1。

圖1 陽極測高換極作業(yè)自動化系統(tǒng)原理圖

1.5 工作原理及操作

操作界面圖，如圖2，智能測高實物圖如圖3。

1)上電，1#陽極、2#陽極、測頭位置初始化為5 000，隨編碼器變化，反應相對值。

2)天車提極裝置與槽內(nèi)殘極連接好后按“①提殘極”，記錄殘極在槽內(nèi)的位置，分別顯示在1#提位、2#提位。

3)殘極從槽內(nèi)提出后，轉(zhuǎn)到測量位置按“②提殘極”，測頭快速下降，下降到一定高度后改為中速繼續(xù)下降，當測頭檢測到殘極底面時延時一定時間后改為慢速上升，當測頭檢測到殘極底面時記錄測頭位置，延時一定時間后改為中速下降，當測頭檢測到殘極底面時延時一定時間后改為慢速上升，當測頭檢測到殘極底面時再次記錄測頭位置，2次測量值的誤差在一定范圍內(nèi)，計算平均值，快速收起測頭。1#殘極顯示測量出的殘極長度。如果2次測量值的誤差過大則進行第三次測量。最多測量4次，如果誤差仍然過大，發(fā)出警報信息。

圖2 系統(tǒng)操作界面圖

4)提起新極，遠近比近極高不要超過5 cm，按“③測新極”，測量方法同殘極，2塊新極測量成功后1#新極顯示測量出的新極長度，1#高差顯示1#新極與殘極的長度差，1#放位顯示1#新極需要下落高度，新極高度差顯示兩塊新極底面的高度差，2#放位顯示2#陽極需要下落的高度。

5)放極，1#放位、2#放位隨陽極下降而減少，當1#放位、2#放位<200 mm時向提極裝置發(fā)出慢行信號，當1#放位、2#放位<5 mm時向提極裝置發(fā)出慢行信號，陽極自動停止。

圖3 天車陽極測高智能換極系統(tǒng)SFCGHJ-11實物圖

2 使用陽極測高智能換極系統(tǒng)SFCGHJ-11后的變化

2017年3月份該系統(tǒng)在連城500 kA一廠房1-1區(qū)1#天車試用，就試驗前后2個月的換極后16 h陽極電流分布均勻性作對比。

1)該自動測高裝置使用前(使用兜尺人工定位)換極后16 h陽極電流分布情況如圖4。

圖4 使用兜尺16h陽極電流分布散點圖

使用前陽極電流分布均值為0.85 mv，偏差為0.42.

2)使用陽極測高智能換極系統(tǒng)SFCGHJ-11后換極后16 h電流分布，如圖5。

圖5 使用自動測高16 h陽極電路分布散點圖

使用自動測高裝置后陽極電流分布均值為1.2，偏差為0.32.

3)使用自動測高裝置前后對比：使用自動測高裝置之后，電流分布數(shù)值有增大趨勢，區(qū)間上移，平均值上升0.35 mv；使用自動測高裝置之后，電流分布的集中度有較明顯提升，1.0～2.0 mv范圍內(nèi)數(shù)量明顯增加；換極由于劃線裝極造成的新極脫極基本杜絕。使用自動測高裝置后，換極工工作量明顯減小，而且減少人工畫線過程中的人為誤差。

3 對鋁電解生產(chǎn)的意義及經(jīng)濟效益

3.1電解平穩(wěn)生產(chǎn)

3.1.1 針振、擺動明顯降低

經(jīng)過8個月的試用情況，就1-1區(qū)前16臺槽針擺變化來說，試用前該段電解槽針振基本在20～23 mv、擺動在8～12 mv之間運行；試驗后針振在10～15 mv之間運行，擺動在3～5 mv之間運行。電解槽穩(wěn)定性明顯增強，該段電解槽在試驗期間未出現(xiàn)陽極病變和熱槽現(xiàn)象。

3.1.2 減少工人勞動量

原先人工劃線定位裝極，第二天需要對16 h電流分布進行測量，對于陽極電流分布大于2.5 mv的陽極導桿往上提1～2 cm，對于陽極電流分布小于0.5 mv的陽極導桿往下放0.5～1 cm。有時甚至當班下班前就測量陽極電流分布并調(diào)整誤差裝極。當時還有現(xiàn)象顯示就是裝極后針振擺動明顯增加，操控機播報電壓異常，并通過測量陽極電流分布進行調(diào)極。使用陽極自動測高裝置后，第二天測量陽極電流分布在要求范圍的合格率高達99.5 %，較以前的增加10 %～20 %。換極第二天基本沒有調(diào)極現(xiàn)象，這樣就節(jié)省了換極工的精力和時間，讓換極工花更多的時間和精力投身于處理爐底沉淀及打撈炭渣等精細操作上。

3.1.3 減少波動槽及熱槽

減少波動槽及熱槽也就是減少病槽，最直接的意義就是不影響電流效率及產(chǎn)量(出現(xiàn)病槽往往往要通過壓鋁或者灌鋁來處理)。再者減少了操作人員處理病槽的工作量。

3.2 使用前后節(jié)電量及產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

該段16臺槽使用智能定位換極系統(tǒng)后，主要經(jīng)濟技術(shù)指標條表現(xiàn)為：電流效率增加0.1 %，槽運行平均電壓降低20～30 mv，即降低噸鋁電耗90～110 kwh。按每臺槽每天產(chǎn)量3 600 kg、電價0.39元算，此16臺槽年最少增加經(jīng)濟效益=90×0.36×16×365×0.39=7.4萬元。

后續(xù)推廣到一個工區(qū)或者整個系列，經(jīng)濟效益非?？捎^。

4 存在的問題及注意事項

該設(shè)備在操作運行過程中主要出現(xiàn)以下問題：①1#、2#編碼器設(shè)定值運行過程中出現(xiàn)偏差，需要技術(shù)人員沒有校準；②下放殘極定位時基準面選擇不當，定位不準，故障率較高；③操作過程過于繁雜，需要技術(shù)人員再攻關(guān)優(yōu)化；④高位殘極不能按照新極處理，需要人工劃線。

經(jīng)過長達8個月的試驗，該設(shè)備運行需要注意：①一切高科技設(shè)備在現(xiàn)場的使用前提條件是精細化操作；②需要嚴格按照操作說明書，中間的幾個停頓點掌握要熟練；③對操作人員的培訓不能放松；④換極前幾組陽極最好用兩種方法做對比，校準設(shè)備后再全面使用陽極測高智能換極系統(tǒng)。

5 結(jié) 語

總而言之，在鋁電解工藝生產(chǎn)過程中，智能化操作是影響工藝技術(shù)水平的一大問題。在節(jié)能、環(huán)保、綠色發(fā)展理念的影響下，智能化操作是鋁電解企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。相信在科學技術(shù)的引領(lǐng)下，通過技術(shù)人員的不斷努力，我國鋁電解生產(chǎn)工藝技術(shù)水平會越來越高。